[发明专利]耐腐蚀防堵塞的有机污染物超临界水氧化系统

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护及化工技术领域，特别涉及利用超临界水作为反应介质，对高浓度难生化降解的有机废水和难处理的有毒固体废弃物等污染物进行无害化处理及资源化利用的一种超临界水氧化系统。

背景技术

温度和压力高于其临界点温度和压力(T＝374.2℃，P＝22.1MPa)的水被称之为超临界水(SCW)。处于超临界状态下，水的密度、粘度、介电常数、离子积降低，氢键减弱，扩散性能、非极性特征增强。超临界水氧化技术(SupercriticalWater Oxidation，简称SCWO)即是利用超临界水作为反应介质，将有机污染物迅速、完全、彻底深度氧化降解为二氧化碳、水、氮气等无机物质的新型环境治理方法。SCWO技术由于具有反应速度快、氧化分解彻底，无二次污染等明显优势，特别适合于处理那些工业部门难销毁的有毒有害物质(如染料废水、医药废水、润滑剂废液、含PCBs的绝缘油、放射性混合废弃物、多氯联苯、易挥发性有机污染物等)、高浓度难降解的有机废物(城市污泥、含油污泥、造纸厂料浆等)、军用毒害物质(化学武器，火箭推进剂，炸药等)等污染物。

与传统的有毒有害物质处理方法相比，SCWO技术具有以下优势：①降解过程属于均相反应，速度非常快，氧化彻底，一般只需要几秒至几分钟即可将废弃物中的有机物彻底、深度氧化破坏，去除率可达99％以上；②SCWO过程无需尾气处理，不会造成二次污染。有机污染物中的碳、氢被转化为二氧化碳和水，杂原子(如氯、硫、磷等)分别被转化为其对应的矿物酸(如盐酸、硫酸、磷酸等)，有机氮主要形成氮气和少量一氧化二氮。③反应装置体积小，结构简单，占地面积小，废物处理量大；④有机物氧化降解属于放热反应，当污染物中有机物含量达到一定程度时，可利用反应放出的热维持过程的热平衡，实现自热反应。⑤降解过程可通过温度、压力、催化剂等进行控制和调节，可以非常方便地实现污染物的部分氧化为某一/些中间产物，再行资源化利用。

SCWO技术由于其高氧化率和不受处理对象的限制，所以自从被人们认识以来一直受到相关领域科研工作者的广泛关注和重视。然而，随着人们针对于有机污染物降解效率、反应过程、设备装置、成本效益等方面研究的深入，问题也随之产生。概括起来，目前，制约该技术工业化规模应用的关键技术问题主要有两类：其一是超临界水极性减弱导致的无机盐溶解度降低并大量沉积于设备管线内壁，进而引起的设备传热/质效率降低和管线堵塞问题；其二是设备材料长时间运行于该高温高压、强氧化性、以及成份复杂的苛刻腐蚀环境条件下，极易遭受严重的腐蚀并失效。

针对于上述SCWO技术出现的两大技术关键问题，已有大量学者、专家开展了相关研究。如EP0708058直接将超临界水引入氧化反应器，一方面对污染物进行预热，使其达到超临界水氧化条件；另外一方面，作为液封材料，以减小设备材料的腐蚀，同时降低无机盐在管壁的沉积。然而，该方法涉及大量超临界水的使用，能耗较高。US5461648通过在有机污染物超临界水氧化反应器内壁涂覆抗腐蚀薄膜的方式对设备材料进行保护，但是其缺点在于制造过程繁琐，涂覆的陶瓷等抗腐蚀材料和金属反应器壁结合力较差。中国专利CN101164912公开了一种耐腐蚀防堵塞的超临界水氧化反应器，该反应器通过在内筒内表面形成保护性水膜以降低设备材料的腐蚀，同时采用将超临界流体转变为亚临界流体的方法以增加无机盐溶解度，减少由于盐沉积造成的设备传热和传质性能下降以及管路堵塞；CN102190363公开了一种利用辅助燃料补给热量的超临界水氧化反应器装置，该反应器采用蒸发壁和罐式回流结合的结构，以解决有机污染物超临界水氧化系统所出现的盐沉积和设备腐蚀问题；CN102295366公开了一种超临界水氧化处理废水工艺及其反应设备，该专利通过引入中和试剂以中和有机污染物超临界水氧化降解过程中所产生的酸性物质，进而降低设备材料的腐蚀。然而上述三种反应器装置均存在需要耗用大量的工艺水、出口液体中盐分含量较高、工艺水加热需要消耗大量的热量等不足。

针对上述不足，需对现有的超临界水氧化系统进行改进，降低其在对有机污染物降解后形成的物料中固体的含量，以防止固体沉积引起设备传热/质效率降低及堵塞管线，另外，也提高设备的防腐性能，以延长设备的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种耐腐蚀防堵塞的有机污染物超临界水氧化系统，该系统通过对氧化降解装置进行改进，有效解决现有氧化降解设备中有机污染物自身携带的固体及其在超临界水氧化降解过程中所产生的无机盐容易沉积造成设备传热、质效率降低以及管线堵塞的技术问题。